步進電機
0、介紹
步進電機是一種將電脈衝信號轉換成相應角位移或線位移的電動機。每輸入一個脈衝信號，轉子就轉動一個角度或前進一步，其輸出的角位移或線位移與輸入的脈衝數成正比，轉速與脈衝頻率成正比。因此，步進電動機又稱脈衝電動機。
步進電機相對於其它控制用途電機的最大區別是，它接收數字控制信號（電脈衝信號）並轉化成與之相對應的角位移或直線位移，它本身就是一個完成數字模式轉化的執行元件。而且它可開環位置控制，輸入一個脈衝信號就得到一個規定的位置增量，這樣的所謂增量位置控制系統與傳統的直流控制系統相比,其成本明顯減低，幾乎不必進行系統調整。步進電機的角位移量與輸入的脈衝個數嚴格成正比，而且在時間上與脈衝同步。因而只要控制脈衝的數量、頻率和電機繞組的相序,即可獲得所需的轉角、速度和方向。
1、分類
步進電動機的結構形式和分類方法較多，一般按勵磁方式分爲磁阻式、永磁式和混磁式三種；按相數可分爲單相、兩相、三相和多相等形式。
在我國所採用的步進電機中以反應式步進電機爲主。步進電機的運行性能與控制方式有密切的關係，步進電機控制系統從其控制方式來看，可以分爲以下三類：開環控制系統、閉環控制系統、半閉環控制系統。半閉環控制系統在實際應用中一般歸類於開環或閉環系統中。
2.、主要構造
三相磁阻式步進電動機模型的結構示意圖如圖所示。它的定、轉子鐵心都由硅鋼片疊成。定子上有六個磁極，每兩個相對的磁極繞有同一相繞組，三相繞組接成星形作爲控制繞組；轉子鐵心上沒有繞組，只有四個齒，齒寬等於定子極靴寬。
3、步進電機加減速過程控制技術
正因爲步進電機的廣泛應用,對步進電機的控制的研究也越來越多，在啓動或加速時如果步進脈衝變化太快，轉子由於慣性而跟隨不上電信號的變化，產生堵轉或失步在停止或減速時由於同樣原因則可能產生超步。爲防止堵轉、失步和超步，提高工作頻率,要對步進電機進行升降速控制。
步進電機的轉速取決於脈衝頻率、轉子齒數和拍數。其角速度與脈衝頻率成正比，而且在時間上與脈衝同步。因而在轉子齒數和運行拍數一定的情況下，只要控制脈衝頻率即可獲得所需速度。由於步進電機是藉助它的同步力矩而啓動的，爲了不發生失步,啓動頻率是不高的。特別是隨着功率的增加,轉子直徑增大，慣量增大，啓動頻率和最高運行頻率可能相差十倍之多。
步進電機的起動頻率特性使步進電機啓動時不能直接達到運行頻率，而要有一個啓動過程，即從一個低的轉速逐漸升速到運行轉速。停止時運行頻率不能立即降爲零，而要有一個高速逐漸降速到零的過程。
步進電機的輸出力矩隨着脈衝頻率的上升而下降,啓動頻率越高，啓動力矩就越小，帶動負載的能力越差，啓動時會造成失步，而在停止時又會發生過沖。要使步進電機快速的達到所要求的速度又不失步或過沖，其關鍵在於使加速過程中,加速度所要求的力矩既能充分利用各個運行頻率下步進電機所提供的力矩，又不能超過這個力矩。因此,步進電機的運行一般要經過加速、勻速、減速三個階段,要求加減速過程時間儘量的短，恆速時間儘量長。特別是在要求快速響應的工作中，從起點到終點運行的時間要求最短，這就必須要求加速、減速的過程最短，而恆速時的速度最高。
國內外的科技工作者對步進電機的速度控制技術進行了大量的研究，建立了多種加減速控制數學模型，如指數模型、線性模型等，並在此基礎上設計開發了多種控制電路，改善了步進電機的運動特性，推廣了步進電機的應用範圍指數加減速考慮了步進電機固有的矩頻特性,既能保證步進電機在運動中不失步，又充分發揮了電機的固有特性，縮短了升降速時間，但因電機負載的變化，很難實現而線性加減速僅考慮電機在負載能力範圍的角速度與脈衝成正比這一關係，不因電源電壓、負載環境的波動而變化的特性，這種升速方法的加速度是恆定的，其缺點是未充分考慮步進電機輸出力矩隨速度變化的特性，步進電機在高速時會發生失步。
4、步進電機的細分驅動控制
步進電機由於受到自身製造工藝的限制，如步距角的大小由轉子齒數和運行拍數決定，但轉子齒數和運行拍數是有限的，因此步進電機的步距角一般較大並且是固定的,步進的分辨率低、缺乏靈活性、在低頻運行時振動，噪音比其他微電機都高,使物理裝置容易疲勞或損壞。這些缺點使步進電機只能應用在一些要求較低的場合，對要求較高的場合，只能採取閉環控制，增加了系統的複雜性，這些缺點嚴重限制了步進電機作爲優良的開環控制組件的有效利用。細分驅動技術在一定程度上有效地克服了這些缺點。
步進電機細分驅動技術是年代中期發展起來的一種可以顯著改善步進電機綜合使用性能的驅動技術。年美國學者、首次在美國增量運動控制系統及器件年會上提出步進電機步距角細分的控制方法。在其後的二十多年裏,步進電機細分驅動得到了很大的發展。逐步發展到上世紀九十年代完全成熟的。我國對細分驅動技術的研究,起步時間與國外相差無幾。
在九十年代中期的到了較大的發展。主要應用在工業、航天、機器人、精密測量等領域,如跟蹤衛星用光電經緯儀、軍用儀器、通訊和雷達等設備,細分驅動技術的廣泛應用,使得電機的相數不受步距角的限制,爲產品設計帶來了方便。目前在步進電機的細分驅動技術上,採用斬波恆流驅動,儀脈衝寬度調製驅動、電流矢量恆幅均勻旋轉驅動控制止，大大提高步進電機運行運轉精度,使步進電機在中、小功率應用領域向高速且精密化的方向發展。
5、步進電機型號說明